預(yù)制小箱梁冬期施工技術(shù)研究

周騰、劉騎瑞

（1.中國(guó)雄安集團(tuán)基礎(chǔ)建設(shè)有限公司，河北 保定 071000；2.中鐵二局集團(tuán)有限公司，四川 成都 610091）

0 引言

冬季施工生產(chǎn)效率低下，增加了生產(chǎn)和管理成本，延長(zhǎng)了施工工期，并且容易發(fā)生混凝土質(zhì)量事故，增加了施工安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，隨著道路中橋梁占比增大，預(yù)制梁冬季施工也越來(lái)越多。因此，研究預(yù)制小箱梁冬期施工技術(shù)具有十分重要的意義。

1 工程概況

雄縣至白溝連接線（一期）工程共設(shè)橋梁兩座，其中馬莊干渠中橋長(zhǎng)42.9m，新蓋房分洪道特大橋全長(zhǎng)3850.4m。其共需預(yù)制小箱梁672 片，每片小箱梁標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為35m。

2 氣候特點(diǎn)

雄縣至白溝連接線（一期）工程位于河北省雄安新區(qū)，其所屬區(qū)域氣候條件為溫帶大陸性氣候條件。通過(guò)查閱雄縣1968—2016 年相關(guān)氣象資料得知其多年平均氣溫約12.4℃，各季節(jié)氣溫差異較明顯，冬季最低氣溫為-22.2℃，年均無(wú)霜期204 天。

3 預(yù)制箱梁冬期施工特點(diǎn)及難點(diǎn)

一是冬期混凝土特點(diǎn)：通過(guò)查閱相關(guān)資料，當(dāng)氣溫降至0～4℃時(shí)，其混凝土的凝結(jié)時(shí)間較15℃時(shí)延長(zhǎng)約3 倍；當(dāng)氣溫降至0.3～0.5℃時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致混凝土的凍結(jié)，此時(shí)混凝土停止水化反應(yīng)。當(dāng)氣溫降至-10℃時(shí)，混凝土的水化反應(yīng)會(huì)徹底停止，混凝土強(qiáng)度不再隨時(shí)間推移而增長(zhǎng)。同時(shí)，因在負(fù)溫條件下混凝土中的游離水結(jié)冰，體積將增加約9%，會(huì)造成硬化的混凝土結(jié)構(gòu)遭到凍脹破壞。

二是冬期施工安全、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)較大。因北方冬季天氣寒冷、施工場(chǎng)地容易結(jié)冰、取暖設(shè)備運(yùn)行等易引發(fā)安全事故。同時(shí)冬期保溫措施如果不到位則容易發(fā)生混凝土凍脹、裂縫（紋）、結(jié)構(gòu)疏散、表面泛霜等質(zhì)量問(wèn)題。

三是冬期施工成本較高。為保證冬期施工安全質(zhì)量可控，需從混凝土原材料開(kāi)始直到混凝土養(yǎng)護(hù)的全過(guò)程采取保暖防寒措施，為保證效果，需投入大量保溫材料、設(shè)施、設(shè)備和能源等。

四是冬期施工生產(chǎn)效率低下。寒冷天氣、混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢等因素均會(huì)導(dǎo)致勞動(dòng)力大幅下降，生產(chǎn)效率低下。

4 預(yù)制箱梁冬期施工措施

根據(jù)該工程所處區(qū)域氣候條件及預(yù)制箱梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用外部加熱法作為該工程的冬施方法，主要施工工藝為暖棚法蒸汽加熱。保溫棚根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況分為3 個(gè)節(jié)段，便于吊裝拼接，節(jié)段間采用泡沫膠進(jìn)行密封。

4.1 施工準(zhǔn)備

4.1.1 技術(shù)準(zhǔn)備

（1）在進(jìn)入冬季前，設(shè)置專人負(fù)責(zé)收集與掌握當(dāng)?shù)貧庀筚Y料。提前編制冬期施工專項(xiàng)方案，對(duì)進(jìn)入冬施的部位及總體部署作統(tǒng)一安排，以此加強(qiáng)冬期施工管理。

（2）為了確保預(yù)制箱梁冬施工作的有序開(kāi)展，必須事先做好相應(yīng)的技術(shù)準(zhǔn)備工作。冬期施工前要按照冬期施工的專項(xiàng)方案向有關(guān)管理人員及作業(yè)人員做好技術(shù)交底工作，主要對(duì)冬施措施、溫度測(cè)量、熱工計(jì)算、質(zhì)量控制要點(diǎn)、注意事項(xiàng)等進(jìn)行培訓(xùn)，使相關(guān)人員熟練掌握冬施的各項(xiàng)控制指標(biāo)，確保冬施質(zhì)量和安全。

（3）試驗(yàn)室需提前對(duì)混凝土冬施配合比進(jìn)行驗(yàn)證。

4.1.2 原材料準(zhǔn)備

（1）對(duì)進(jìn)場(chǎng)原材料進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收，禁止不合格的原材料進(jìn)場(chǎng)。對(duì)進(jìn)場(chǎng)原材料按照品種規(guī)格分類儲(chǔ)存，并采取防凍結(jié)、防冰雪污染等措施。

（2）為了進(jìn)一步提高混凝土的抗凍能力，要在原材料上采取相應(yīng)的措施。應(yīng)該選擇抗凍能力較強(qiáng)的水泥類型，資料表明早強(qiáng)硅酸鹽水泥的抗凍效果較好[1]。

（3）摻和料宜選用活性大、早強(qiáng)強(qiáng)度好的品種，控制摻量適宜。

（4）骨料宜采用含水率低、吸水率低的粗、細(xì)骨料，不得含有冰塊、雪團(tuán)、凍結(jié)塊等。

（5）防凍劑或早強(qiáng)劑不得含有影響混凝土質(zhì)量的有害化學(xué)成分，對(duì)混凝土施工性能、力學(xué)性能、耐久性能不得有負(fù)面不良影響。

4.1.3 物資、設(shè)備準(zhǔn)備

（1）提前組織取暖機(jī)械設(shè)備及其燃料和其他防寒防凍物資進(jìn)場(chǎng)，保障現(xiàn)場(chǎng)冬施需要。

（2）為保證原材料質(zhì)量，需對(duì)商品混凝土站砂石料棚進(jìn)行全封閉，采取保溫措施。同時(shí)，對(duì)混凝土罐車等包裹保溫棉，對(duì)各種機(jī)械設(shè)備更換防凍機(jī)油，加強(qiáng)維修與保養(yǎng)。

（3）對(duì)使用水采取加熱措施，水箱容量和水溫能滿足連續(xù)施工要求。

（4）對(duì)預(yù)制梁場(chǎng)供排水管道用棉氈包裹保溫，避免凍結(jié)。

4.2 預(yù)制箱梁鋼筋冬期施工

為了保證冬施期間鋼筋加工的質(zhì)量，鋼筋存放在鋼筋加工廠內(nèi)，并按要求采取下墊上蓋措施，防止因溫度過(guò)低造成表面結(jié)冰。同時(shí)，鋼筋加工、焊接等作業(yè)均在鋼筋加工廠內(nèi)進(jìn)行。根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）等要求，當(dāng)在負(fù)溫度條件下進(jìn)行鋼筋工程作業(yè)時(shí)，其冷脆性將會(huì)增大從而加大鋼筋斷裂的可能性。所以施工時(shí)應(yīng)對(duì)鋼筋狀態(tài)加強(qiáng)檢查，并采取相關(guān)措施，防止鋼筋在運(yùn)輸和加工過(guò)程中發(fā)生撞擊、產(chǎn)生劃痕。當(dāng)必須在室外進(jìn)行鋼筋調(diào)直、冷拉、焊接作業(yè)時(shí)，應(yīng)采取有效的防雪、擋風(fēng)等措施，并且其最低作業(yè)溫度不宜低于-20℃，焊接完成后焊接接頭嚴(yán)禁立刻接觸冰雪。同時(shí)，宜采取現(xiàn)場(chǎng)負(fù)溫條件下的焊接工藝試驗(yàn)，經(jīng)驗(yàn)收滿足要求后方可正式作業(yè)。

4.3 預(yù)制箱梁模板冬期施工

預(yù)制箱梁模板采用鋼模板，在拼裝前清除冰塊冰碴、積雪，并應(yīng)盡量避免用水對(duì)模板進(jìn)行沖洗。預(yù)制梁模板拼裝完成后，在澆筑混凝土前2h 對(duì)鋼模板采用暖風(fēng)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行預(yù)熱，使模板表面溫度達(dá)到5℃以上，防止混凝土澆筑到模板上后出現(xiàn)失溫凍結(jié)現(xiàn)象。

4.4 預(yù)制箱梁混凝土冬期施工

4.4.1 混凝土拌制

該工程預(yù)制箱梁采用商品混凝土，在生產(chǎn)前需對(duì)商品混凝土站冬施措施進(jìn)行驗(yàn)收，在生產(chǎn)過(guò)程中項(xiàng)目部需安排專人駐場(chǎng)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督。為保證混凝土拌和質(zhì)量，冬期施工期間混凝土攪拌時(shí)間應(yīng)比常溫情況下延長(zhǎng)50%，同時(shí)混凝土拌和物的出機(jī)溫度不宜低于10℃。

4.4.2 混凝土運(yùn)輸

為盡量減少混凝土在運(yùn)輸過(guò)程中的熱量損失，混凝土應(yīng)快裝快卸，運(yùn)輸混凝土?xí)r盡可能地縮短運(yùn)距，在運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)攪拌運(yùn)輸車罐體采用保溫篷布進(jìn)行包裹，對(duì)輸送泵輸送管采用保溫棉紗進(jìn)行包裹，盡可能減少熱量損失[2]。應(yīng)綜合考慮運(yùn)距、施工效率等狀況進(jìn)而安排合理的運(yùn)輸方式，同時(shí)安排專人在商品混凝土站駐場(chǎng)，混凝土澆筑過(guò)程中一定要保證運(yùn)輸路線通暢，最大限度地縮短運(yùn)輸時(shí)間，盡量施工現(xiàn)場(chǎng)不押車，將混凝土在澆筑之前的溫度損失降到最低。

4.4.3 混凝土澆筑

在澆筑混凝土前，必須清除鋼模板和鋼筋上的冰雪和污垢，但不能用水沖洗，也不能使用蒸汽融化冰雪。在澆筑前應(yīng)采取防風(fēng)、凍結(jié)保護(hù)措施，一旦發(fā)現(xiàn)混凝土受凍則必須做出退場(chǎng)處理。在澆筑前需提前預(yù)埋測(cè)溫線，便于后期測(cè)溫。

混凝土出機(jī)溫度不低于10℃，入模溫度不低于5℃，盡可能選擇在白天溫度較高時(shí)澆筑混凝土，預(yù)制箱梁混凝土澆筑時(shí)選擇水平分層、橫向分段的澆筑順序，在澆筑頂板混凝土?xí)r，澆筑的同時(shí)及時(shí)采用棉被和保溫棚對(duì)澆筑完成部分進(jìn)行覆蓋，減少混凝土先澆筑段熱量的損失，混凝土澆筑完成后立即采用保溫防凍措施。

4.4.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

該工程預(yù)制箱梁混凝土采用暖棚法蒸汽加熱養(yǎng)護(hù)，在混凝土澆筑完成后，采取非常小的壓力將蒸汽成水霧狀覆蓋在混凝土表面，從而使混凝土在濕潤(rùn)和蒸汽加熱的情況下凝固，這種方法加熱溫度較好控制，并且濕度較高，有助提高混凝土的質(zhì)量和外觀[3]。采用蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)，澆筑完成后開(kāi)始養(yǎng)護(hù)的溫度不低于5℃。保溫棚實(shí)體圖，詳見(jiàn)圖1 所示。

圖1 保溫棚實(shí)體圖

混凝土蒸養(yǎng)分為靜養(yǎng)、升溫、恒溫、降溫4 個(gè)階段：

靜養(yǎng)階段：靜養(yǎng)階段是指混凝土澆筑完成后到混凝土初凝之前的階段。此時(shí)混凝土中的水泥開(kāi)始發(fā)生水化反應(yīng)，使得混凝土凝結(jié)硬化并獲得一定的初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，有利于其抵抗升溫階段導(dǎo)致的膨脹變形。一般為時(shí)長(zhǎng)1～3h，該項(xiàng)目控制時(shí)間為2h。

升溫階段：靜養(yǎng)后逐步增大送氣量，使棚內(nèi)溫度逐漸上升。該工程預(yù)制箱梁結(jié)構(gòu)表面系數(shù)為6.2＞6m?1，升溫速度控制為不大于15℃/h。升溫至25℃。

恒溫階段：升溫后調(diào)整送氣量，使棚內(nèi)溫度保持在25～30℃。恒溫階段混凝土將發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而影響混凝土硬度及其耐久性，所以這是混凝土蒸養(yǎng)過(guò)程至關(guān)重要的一環(huán)。

降溫階段：降溫階段是指按照一定速率將混凝土從恒溫養(yǎng)護(hù)溫度降低冷卻至室溫的階段。根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，降溫速度不宜過(guò)大，該工程預(yù)制箱梁結(jié)構(gòu)表面系數(shù)為6.2＞6m?1，降溫速度控制為不大于10℃/h。

4.4.5 混凝土測(cè)溫管理

混凝土澆筑完成后及時(shí)吊裝保溫棚覆蓋預(yù)制梁，并采用蒸汽發(fā)生器輸入蒸汽控制棚內(nèi)梁體周圍的濕度和溫度。在蒸養(yǎng)過(guò)程中，對(duì)箱梁進(jìn)行溫度監(jiān)控，定時(shí)測(cè)定混凝土芯部溫度、表層溫度以及環(huán)境溫度、相對(duì)濕度等?；炷琉B(yǎng)護(hù)過(guò)程中溫度不宜高于入模溫度超過(guò)50℃，芯部溫度不宜高于表面溫度超過(guò)20℃，混凝土表面溫度不宜高于大氣溫度超過(guò)20℃。測(cè)溫項(xiàng)目及頻次應(yīng)符合表1 的相關(guān)規(guī)定。

表1 測(cè)溫項(xiàng)目及頻率表

混凝土表面及模板外側(cè)溫度采用測(cè)溫槍進(jìn)行快速測(cè)量，混凝土芯部及暖棚內(nèi)溫度濕度采用無(wú)線測(cè)溫技術(shù)，通過(guò)手機(jī)APP 實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)情況，詳見(jiàn)圖2、圖3。通過(guò)無(wú)線測(cè)溫技術(shù)在項(xiàng)目冬施工中的應(yīng)用，大大提高了溫度測(cè)量效率和準(zhǔn)確性，為混凝土各保溫養(yǎng)護(hù)階段的溫度調(diào)整提供更加可靠的科學(xué)數(shù)據(jù)。

圖2 使用無(wú)線測(cè)溫儀自動(dòng)生成混凝土內(nèi)部溫度曲線

圖3 棚內(nèi)溫、濕度自動(dòng)檢測(cè)APP 記錄

4.4.6 預(yù)制箱梁模板拆除冬期施工

冬期施工混凝土的模板與保溫棚的拆除需同時(shí)滿足以下三個(gè)條件：

（1）模板和保溫棚在混凝土達(dá)到要求強(qiáng)度（受凍臨界強(qiáng)度、拆模強(qiáng)度、張拉強(qiáng)度等）后方可拆除。

（2）混凝土冷卻到5℃后方可拆除模板和保溫棚。

（3）拆模時(shí)應(yīng)測(cè)量混凝土表面溫度，若混凝土表面溫度與環(huán)境溫度溫差大于20℃時(shí)，應(yīng)對(duì)混凝土表面采取使其緩慢冷卻的臨時(shí)覆蓋措施，避免混凝土表面產(chǎn)生裂縫。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)的不斷投入，公路網(wǎng)不斷延伸、覆蓋，公路橋梁不斷增加，預(yù)制梁冬期施工將會(huì)越來(lái)越多。做好預(yù)制梁冬期施工過(guò)程中各項(xiàng)工序的把控將會(huì)是保證預(yù)制梁施工質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)。通過(guò)對(duì)預(yù)制箱梁表面溫度、保溫棚溫度、芯部溫度和大氣溫度等進(jìn)行測(cè)量觀察可知采用暖棚法蒸汽養(yǎng)護(hù)是行之有效的。